Python 基础语法（1）：常量、变量、类型、输入输出与运算符

前言
[1. 常量和表达式](#1. 常量和表达式)
- [1.1 把 Python 当成计算器](#1.1 把 Python 当成计算器)
- [1.2 使用表达式计算平均数](#1.2 使用表达式计算平均数)
[2. 变量和类型](#2. 变量和类型)
- [2.1 变量是什么](#2.1 变量是什么)
- [2.2 定义、命名和使用变量](#2.2 定义、命名和使用变量)
- [2.3 Python 的基本数据类型](#2.3 Python 的基本数据类型)
- [2.4 为什么需要类型](#2.4 为什么需要类型)
- [2.5 动态类型特性](#2.5 动态类型特性)
[3. 注释](#3. 注释)
- [3.1 注释的作用和语法](#3.1 注释的作用和语法)
- [3.2 注释的书写规范](#3.2 注释的书写规范)
[4. 输入输出](#4. 输入输出)
- [4.1 程序如何与用户交互](#4.1 程序如何与用户交互)
- [4.2 通过控制台输出](#4.2 通过控制台输出)
- [4.3 通过控制台输入与类型转换](#4.3 通过控制台输入与类型转换)
[5. 运算符](#5. 运算符)
- [5.1 算术运算符](#5.1 算术运算符)
- [5.2 关系运算符](#5.2 关系运算符)
- [5.3 逻辑运算符](#5.3 逻辑运算符)
- [5.4 赋值运算符](#5.4 赋值运算符)
[6. 自测练习](#6. 自测练习)
总结

前言

刚开始学习 Python 时，不必急着挑战复杂项目。先把常量、变量、数据类型、注释、输入输出和运算符这些基础语法学扎实，后面的逻辑判断、循环和函数才会更容易理解。

这一篇从最简单的算术运算出发：先把 Python 当成计算器，再逐步引入变量和类型，接着学习如何写注释、如何与用户交互，最后梳理常见运算符。建议大家把代码亲手运行一遍，尤其留意字符串拼接、输入类型、浮点数比较和短路求值这几个容易踩坑的地方。

1. 常量和表达式

1.1 把 Python 当成计算器

Python 可以直接进行算术运算。下面三行代码分别演示加减、乘法和除法：

python 复制代码

print(1 + 2 - 3)
print(1 + 2 * 3)
print(1 + 2 / 3)

这里的 print 是 Python 的内置函数，用来把结果输出到控制台。算术运算可以使用 +、-、*、/ 和括号 ()。计算顺序与日常数学规则一致：先乘除，后加减，需要改变顺序时使用括号。

运算符和数字之间可以没有空格，也可以有多个空格，但通常保留一个空格，这样代码更美观、更容易阅读。

形如 1 + 2 - 3 的算式在编程语言中称为表达式 ，算式的运算结果称为表达式的返回值 。其中 1、2、3 是字面值常量 ，+、-、*、/ 是运算符，也叫操作符。

熟悉 C 或 Java 的读者需要注意：在 Python 中，2 / 3 的结果是小数，不会因为两个操作数都是整数就截断小数部分。

1.2 使用表达式计算平均数

给定四个分数 67.5、89.0、12.9、32.2，求它们的平均数，可以直接把求和与除法写进一个表达式：

python 复制代码

print((67.5 + 89.0 + 12.9 + 32.2) / 4)

代码先计算括号内四个分数的总和，再除以 4，最后由 print 输出表达式的返回值。这个例子只需一步计算，但如果计算过程更复杂，就需要变量来保存中间结果。

2. 变量和类型

2.1 变量是什么

计算四个分数的方差时，需要先求平均值，再计算每个分数与平均值之差的平方，最后求和并除以"项数减一"。这个过程包含多个中间结果，适合使用变量保存：

python 复制代码

avg = (67.5 + 89.0 + 12.9 + 32.2) / 4
total = (67.5 - avg) ** 2 + (89.0 - avg) ** 2 + (12.9 - avg) ** 2 + (32.2 - avg) ** 2
result = total / 3
print(result)

代码中的 avg、total 和 result 都是变量，** 表示乘方，** 2 就是求平方。变量的作用类似计算器上的存储功能，只不过 Python 可以创建很多变量，分别保存不同的数据。

变量可以看成一块能够容纳数据的空间，这块空间通常对应计算机的内存。变量名则像空间的标签，程序可以通过标签找到并使用其中的数据。

如果把内存想象成一栋宿舍楼，每个房间都可以存放数据，那么内存容量就相当于房间总量。内存越大，能够容纳的数据也就越多。

2.2 定义、命名和使用变量

Python 定义变量的语法非常直接：

python 复制代码

a = 10

其中，a 是变量名，赋值运算符 = 表示把右侧的数据放入左侧变量对应的空间。变量命名既有必须遵守的硬性规则，也有提升可读性的建议：

类别	规则	示例或说明
硬性规则	变量名由字母、数字和下划线构成	可以使用 `total_count`
硬性规则	数字不能作为变量名开头	`1num` 不合法
硬性规则	变量名不能与关键字重复	关键字有特殊语法含义
硬性规则	变量名区分大小写	`num` 和 `Num` 是两个变量
建议规则	使用有描述性的单词	名称应尽量表达变量用途
建议规则	多个单词可使用驼峰命名法	如 `totalCount`、`personInfo`

数学中常使用 x、y、z 表示变量，但一个程序往往会创建很多变量。若全部使用单个字母，代码规模变大后就很难判断每个变量的用途，因此更推荐有明确含义的名字。

定义变量后，可以读取它的值：

python 复制代码

a = 10
print(a)

也可以重新赋值，修改变量的值：

python 复制代码

a = 20
print(a)

在 Python 中，定义变量和修改变量都使用 =，从写法上看没有明显区别。还可以把一个变量的值赋给另一个变量：

python 复制代码

a = 10
b = 20
a = b
print(a)
print(b)

执行 a = b 后，变量 b 的值被赋给 a，因此二者输出的值相同。

2.3 Python 的基本数据类型

变量不仅能保存数字，还能保存文本、真假状态等不同种类的数据。为了区分这些数据，Python 引入了类型。与 C++、Java 等语言不同，Python 不需要在定义变量时显式指定类型，变量类型会在赋值时确定。

整数。 使用 int 表示整数，可以通过内置函数 type 查看变量类型：

python 复制代码

a = 10
print(type(a))

Python 的 int 表示范围没有固定上限。只要内存足够，理论上可以表示非常大的整数。

浮点数。 小数使用 float 表示：

python 复制代码

a = 0.5
print(type(a))

Python 的小数只有 float 一种类型，没有 double。Python 的 float 相当于 C++ 或 Java 中的双精度浮点数，占用更多内存，同时具有更高精度，大约可以精确到小数点后 15 位。

字符串。 使用单引号或双引号包裹的内容称为字符串，用于表示文本：

python 复制代码

a = 'hello'
print(type(a))

在 Python 中，单引号字符串与双引号字符串没有区别，'hello' 和 "hello" 完全等价。可以使用 len 获取字符串长度：

python 复制代码

a = 'hello'
print(len(a))

两个字符串可以通过 + 拼接：

python 复制代码

a = 'hello'
b = 'world'
print(a + b)

这里的 + 进行的是字符串拼接。字符串不能直接与整数或浮点数相加。

布尔值。 布尔类型只有 True 和 False 两个取值，分别表示真和假：

python 复制代码

a = True
print(type(a))

b = False
print(type(b))

布尔值在后续的逻辑判断中非常重要。除了以上类型，Python 还有 list、tuple、dict 和自定义类型等，这些内容后续再展开。

类型	典型值	主要用途或特点
`int`	`10`	表示整数，范围没有固定上限
`float`	`0.5`	表示小数，相当于双精度浮点数
`str`	`'hello'`	表示文本，可使用 `+` 拼接
`bool`	`True`、`False`	表示逻辑上的真与假

2.4 为什么需要类型

类型首先决定数据在内存中占据多大空间。例如，一个 float 数据占用 8 个字节。计算机使用二进制表示数据，一个二进制位称为一个比特，8 个二进制位称为一个字节（Byte），因此一个 float 对应 64 个二进制位。

类型还约定了数据能够进行哪些操作。int 和 float 可以进行 +、-、*、/ 等算术运算；str 可以使用 + 拼接，也可以使用 len 获取长度，但不能进行减法、乘法和除法。

类型系统是在对数据进行"归类"。相同类型的数据通常具有相似的特性和使用规则。

2.5 动态类型特性

Python 变量的类型可以在程序运行过程中发生变化，这种特性称为动态类型：

python 复制代码

a = 10
print(type(a))

a = 'hello'
print(type(a))

程序刚开始执行时，a 是 int；重新赋值后，a 变成了 str。C++、Java 等语言通常不允许变量在定义后改变类型，这种特性称为静态类型。

特性	动态类型	静态类型
类型能否在运行中变化	可以	通常不可以
课件中的代表语言	Python	C++、Java
主要影响	中小型程序可减少代码量；大型程序会提高模块交互成本	变量定义后类型固定

动态类型是一把双刃剑：对于中小型程序，它可以明显减少代码量；对于大型程序，类型会在运行中变化，也可能增加不同模块之间的理解和交互成本。

3. 注释

3.1 注释的作用和语法

注释是一种特殊代码，不会影响程序执行，但能解释代码的作用和执行逻辑，帮助开发者阅读程序。给前面的方差代码加一行说明，目的就一目了然了：

python 复制代码

# 计算 4 个数字 67.5, 89.0, 12.9, 32.2 的方差
avg = (67.5 + 89.0 + 12.9 + 32.2) / 4
total = (67.5 - avg) ** 2 + (89.0 - avg) ** 2 + (12.9 - avg) ** 2 + (32.2 - avg) ** 2
result = total / 3
print(result)

代码首先要容易理解，其次才是执行正确。注释不只是写给别人看的，也是写给几个月之后可能已经忘记上下文的自己看的。

Python 中有两种常见的注释风格。第一种是以 # 开头的注释行：

python 复制代码

# 这是一行注释。

第二种是由三引号包裹的文档字符串。它可以包含多行内容，通常放在文件、函数或类的开头，三双引号和三单引号的写法等价：

python 复制代码

"""
这是文档字符串
这是文档字符串
"""

3.2 注释的书写规范

注释不是越多越好，关键是准确、适量并且便于维护。

规范	说明
内容准确	注释应与代码保持一致，代码修改后要及时更新注释
篇幅合理	既不能过于简略，也不应长篇大论
使用中文	国内公司一般要求使用中文注释，外企另当别论
积极向上	注释中不要出现负面、攻击性或不专业的内容

4. 输入输出

4.1 程序如何与用户交互

程序需要与用户交互。用户把信息传给程序的过程称为输入，程序把结果展示给用户的过程称为输出。

控制台是最基本的输入输出方式：用户通过控制台输入字符串，程序再通过控制台打印字符串。PyCharm 运行程序时下方弹出的窗口，以及 Windows 自带的 cmd，都可以看作控制台。

图形化界面则是更常见的交互方式，例如 QQ、浏览器和 Steam，用户通过窗口和按钮操作。Python 也可以开发图形化程序，但图形化界面本身是一个较大的话题，这里暂不展开。

4.2 通过控制台输出

Python 使用 print 把内容输出到控制台：

python 复制代码

print('hello')

除了字符串，print 还可以输出其他类型的变量：

python 复制代码

a = 10
print(a)

b = True
print(b)

如果输出内容需要混合字符串和变量，可以使用 f-string：

python 复制代码

num = 10
print(f'num = {num}')

以 f 为前缀的字符串称为 f-string，其中可以使用 {} 嵌入变量或表达式。Python 还支持其他字符串格式化方式，这里先掌握最基本的 f-string 即可。

4.3 通过控制台输入与类型转换

Python 使用 input 从控制台读取用户输入：

python 复制代码

num = 0
num = input('请输入一个整数: ')
print(f'你输入的整数是 {num}')

input 的参数相当于提示信息，也可以省略。需要特别注意：input 的返回值始终是字符串类型 。因此，下面的程序执行 a + b 时，得到的是两个字符串的拼接结果，而不是整数相加：

python 复制代码

a = input('请输入第一个整数: ')
b = input('请输入第二个整数: ')
print(f'a + b = {a + b}')

如果要进行算术运算，需要先完成类型转换：

python 复制代码

a = input('请输入第一个整数: ')
b = input('请输入第二个整数: ')
a = int(a)
b = int(b)
print(f'a + b = {a + b}')

int() 可以把数据转换为 int，类似地，float()、bool() 和 str() 可以完成对应的类型转换。

下面输入四个小数，再计算平均值：

python 复制代码

a = input('请输入第一个数字: ')
b = input('请输入第二个数字: ')
c = input('请输入第三个数字: ')
d = input('请输入第四个数字: ')

a = float(a)
b = float(b)
c = float(c)
d = float(d)

avg = (a + b + c + d) / 4
print(f'平均值: {avg}')

这段代码为了输入四个数字执行了四次 input。如果要读取任意多个数字，就需要使用循环，后续再介绍。

5. 运算符

5.1 算术运算符

+、-、*、/、%、** 和 // 都属于算术运算符。

运算符	作用	需要注意的地方
`+`、`-`、`*`	加、减、乘	遵循先乘除后加减的顺序
`/`	除法	除数不能为 `0`；整数相除也可能得到小数
`%`	求余数	不是百分号含义
`**`	乘方	可以计算整数次方和小数次方
`//`	取整除法（地板除）	舍弃小数并向下取整，不是四舍五入

除数为 0 时，程序会抛出异常并停止继续执行：

python 复制代码

print(10 / 0)

异常是编程语言中的常见机制，表示程序运行过程中出现了意外情况，导致程序无法继续向下执行。

Python 使用 / 时，即使是两个整数相除，结果也可能是小数：

python 复制代码

print(1 / 2)

% 用于求余数。例如 7 除以 2，商为 3，余数为 1：

python 复制代码

print(7 % 2)

** 用于乘方，并且可以计算小数次方：

python 复制代码

print(4 ** 2)
print(4 ** 0.5)

// 是取整除法，也叫地板除。它会向下取整，因此负数计算时尤其值得留意：

python 复制代码

print(7 // 2)
print(-7 // 2)

5.2 关系运算符

<、<=、>、>=、== 和 != 用于比较操作数之间的关系。关系成立时，表达式返回 True；关系不成立时，返回 False。

运算符	含义
`<`	小于
`<=`	小于等于
`>`	大于
`>=`	大于等于
`==`	等于
`!=`	不等于

关系运算符可以比较整数和浮点数：

python 复制代码

a = 10
b = 20
print(a < b)
print(a <= b)
print(a > b)
print(a >= b)
print(a == b)
print(a != b)

也可以比较字符串：

python 复制代码

a = 'hello'
b = 'world'
print(a < b)
print(a <= b)
print(a > b)
print(a >= b)
print(a == b)
print(a != b)

字符串可以直接使用 == 和 != 判断内容是否相等。比较大小时采用字典序：想象一本按字母顺序排列的英文词典，先比较第一个字母；第一个字母相同时，再比较第二个字母。单词在词典中越靠前，就认为越小。

对于浮点数，不要直接使用 == 判断是否相等：

python 复制代码

print(0.1 + 0.2 == 0.3)

浮点数在计算机中的表示并不精确，计算过程可能产生非常小的误差：

python 复制代码

print(0.1)
print(0.2)
print(0.3)
print(0.1 + 0.2)

0.1 + 0.2 的结果会带有一个很小的"尾巴"，而 == 会严格比较，所以结果为 False。这不是 Python 独有的问题，而是 IEEE 754 浮点数格式带来的现象。

正确思路是不再要求严格相等，而是判断差值是否处于允许的误差范围内：

python 复制代码

a = 0.1 + 0.2
b = 0.3
print(-0.000001 < (a - b) < 0.000001)

实际工程中误差在所难免，只要把误差控制在合理范围内即可。

5.3 逻辑运算符

Python 的逻辑运算符包括 and、or 和 not。

运算符	含义	结果规则
`and`	并且	两侧都为 `True` 时才为 `True`，一假则假
`or`	或者	两侧都为 `False` 时才为 `False`，一真则真
`not`	逻辑取反	`True` 变为 `False`，`False` 变为 `True`

python 复制代码

a = 10
b = 20
c = 30
print(a < b and b < c)
print(a < b and b > c)
print(a > b or b > c)
print(a < b or b > c)
print(not a < b)
print(not a > b)

Python 还支持连续比较，a < b and b < c 等价于 a < b < c，这一写法与很多编程语言不同。

逻辑运算还存在短路求值：

对于 and，如果左侧表达式为 False，整体一定为 False，右侧表达式不再执行。
对于 or，如果左侧表达式为 True，整体一定为 True，右侧表达式不再执行。

python 复制代码

print(10 > 20 and 10 / 0 == 1)
print(10 < 20 or 10 / 0 == 1)

两行代码都没有抛出除以零异常，说明右侧的 10 / 0 并未真正执行。

5.4 赋值运算符

= 表示赋值，需要和表示相等的 == 区分。除了最基本的单变量赋值，Python 还支持链式赋值和多元赋值：

python 复制代码

a = b = 10

python 复制代码

a, b = 10, 20

交换两个变量时，基础写法需要借助临时变量 tmp：

python 复制代码

a = 10
b = 20

tmp = a
a = b
b = tmp

使用多元赋值可以直接完成交换：

python 复制代码

a = 10
b = 20

a, b = b, a

Python 还提供 +=、-=、*=、/=、%= 等复合赋值运算符。a += 1 等价于 a = a + 1，其他复合赋值写法同理：

python 复制代码

a = 10
a = a + 1
print(a)

b = 10
b += 1
print(b)

与 C++、Java 不同，Python 不支持 ++ 和 -- 自增、自减运算符，需要使用 += 1 或 -= 1。这样也避开了前置和后置写法容易混淆的问题。

除了以上内容，Python 还有身份运算符 is、is not，成员运算符 in、not in，以及位运算符 &、|、~、^、<<、>> 等，这里暂不介绍。

6. 自测练习

完成下面三道题，检验自己是否真正理解了变量、类型和基本运算。建议先独立作答，再回到前文逐项核对。

（1）多选：以下关于变量之间加法运算的说法，正确的是：

A. Python 中的字符串之间能够相加。
B. Python 中的字符串可以和整数相加。
C. Python 中的整数可以和浮点数相加。
D. Python 中的整数可以和布尔值相加。

（2）单选：以下关于类型的说法，正确的是：

A. Python 中既有字符串类型，也有字符类型。
B. Python 中既有 float，也有 double。
C. Python 中既有 int，也有 long。
D. Python 中的整数表示范围无上限。

（3）单选：以下 Python 代码，合法的是：

python 复制代码

# A
int a = 10

# B
a = 10;

# C
a = true

# D
a = 'aaa' + 10

答案如下：

多选：A、C、D

A：字符串之间可以使用 + 拼接。

B：字符串不能直接与整数相加。

C：整数可以与浮点数相加，结果通常是 float。

D：布尔值可参与整数运算，True 相当于 1，False 相当于 0。
单选：D

Python 的整数使用 int，其表示范围没有固定上限，主要受可用内存限制。
单选：B

a = 10;

这段代码合法，只是末尾的分号没有必要。其他选项分别存在语法错误、名称错误或类型错误。

总结

这一节从常量和表达式起步，认识了变量保存中间结果的作用，以及 int、float、str、bool 四种基本类型。Python 具有动态类型特性，变量类型可以在运行过程中改变；类型既影响数据的内存占用，也约定了数据能够执行的操作。随后，我们学习了注释的两种写法，掌握了通过 print 和 input 完成控制台交互的方法，并明确了 input 返回字符串、参与计算前通常需要类型转换。最后梳理了算术、关系、逻辑和赋值运算符，重点认识了地板除、浮点数误差、短路求值、多元赋值和复合赋值。掌握这些内容后，就具备了继续学习逻辑判断、编写更复杂程序的语法基础。